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水凝胶(Hydrogel)是一类极为亲水的三维网络结构凝胶,它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。

由于存在交联网络,水凝胶可以溶胀和保有大量的水,水的吸收量与交联度密切相关。交联度越高,吸水量越低。这一特性很像一种软组织。水凝胶中的水含量可以低到百分之几,也可以高达99%。凝胶的聚集态既非完全的固体也非完全的液体。固体的行为是一定条件下可维持一定的形状与体积,液体行为是溶质可以从水凝胶中扩散或渗透。

水凝胶在医疗行业中有着极大的作用

水凝胶:是以水为分散介质的凝胶。具有交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成能遇水膨胀的交联聚合物,是一种轻度交联的三维空间高分子网络体系,性质柔软,能保持一-定的形状,吸收大量的水而不溶于水。凡是水溶性或亲水性的高分子,通过一定的化学 交联或物理交联,都可以形成水凝胶。

水凝胶除了具备上述优良的应用特性外水凝胶还具备其特殊的环境响应性。近年来,许多研究表明,水凝胶在一些环境因素,如离子、电场、介质、温度、pH值、光、应力、磁场等变化时,水凝胶的形状、光学、渗透速率等理化性质会随环境因素的变化发生突跃型可逆性的响应。这一特性,特别是水凝胶在温度及PH影响下发生的响应性变化,已然成为医药领域功能性高分子的一大研究热点。水凝胶在药物控制领域、组织工程领域、生物传感器、化学医疗机械元件、血红蛋白氧气载体等领域都有极大的作用。

新材料情报NMT丨医疗行业丢不起的“水凝胶”

水凝胶可以做出复杂的脉管网络

美国研究团队研发出新型生物打印技术,可快速生成有复杂内部结构的生物相容性水凝胶,用来模仿人体气管和血管等脉管系统,为未来人造功能性器官扫除一个重要的技术障碍。该突破性成果刊登在近日的《科学》杂志上。

人造功能性组织的最大障碍之一,是无法制造出复杂的脉管系统将营养物质运送至人体组织中。此外,人体器官中还包含独立的脉管网络,例如肺中的气管和血管以及肝脏中的胆管和血管,这些相互渗透的网络在物理上和生物化学上是相互缠绕的,结构本身与组织功能密切相关。

为了应对这一挑战,由美国莱斯大学的乔丹·米勒和华盛顿大学的凯利·史蒂文斯领导的研究团队开发出一种水凝胶3D打印技术。这种新的开源生物打印技术的核心是被称为“组织工程立体光刻仪”(SLATE)的设备和相应的蓝光吸收剂。该系统应用增材制造原理,在水凝胶预溶液中添加了蓝光吸收剂,使得吸收蓝光后凝固的水凝胶被限定在非常精细的一层中。

新材料情报NMT丨医疗行业丢不起的“水凝胶”

该系统可以在几分钟内生成具有复杂内部结构的生物相容性水凝胶。这使科学家们能够创造出复杂的脉管网络,模拟人体血液、空气和淋巴等物质的自然通道。

利用患者自身组织细胞通过生物打印来生成移植用功能性器官一直是科学家们的梦想,因为它不仅能解决来源稀缺问题,还能防止器官排斥。不过,史蒂文斯表示,肝脏的功能有500种之多,这样的复杂性意味着目前尚没有人造物可以替代,但未来的生物打印器官有望实现这一目标。预计生物打印在20年内将成为医学的重要组成部分。

水凝胶制品未来市场竞争力逐渐加强

我国凝胶行业起步较晚,属于新材料领域的新兴行业,目前国内具备高分子凝胶材料及凝胶芯制品全产业链开发实力的企业较少,尤其是智能高保水凝胶材料核心料一直以来主要依靠国外进口,国内目前尚未出现能够规模化生产与销售的厂商,国内该类材料的供应商主要为日本的昭和电工株式会社,因此昭和电工株式会社为智能高保水凝胶材料核心料领先企业。

由于目前市场对凝胶的认知程度较低,因此凝胶芯制品主要用于对传统材料、工艺或制品的替代,如退热贴、化妆品贴剂、凉垫、重金属吸附材料等,市场上均存在同类型或功效可替代的传统产品或工艺,目前市场竞争相对较为市场化,未来随着人们对凝胶认知度的提升,以及凝胶产品优越性能逐步被市场认可,预计未来凝胶芯制品相对于传统产品的优势会逐步体现,市场竞争优势会逐步增强。


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